دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 20450 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

خانواده فرآیندهای تصادفی غیر- خطیِ باند- باریک برای مکانیک امواج دریا

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
20450 2002 13 صفحه PDF 25 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
A family of narrow-band non-linear stochastic processes for the mechanics of sea waves
منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : European Journal of Mechanics - B/Fluids, Volume 21, Issue 1, 2002, Pages 125–137

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
کلید واژه ها
1. مقدمه
2. ویژگی های آماری خانواده ای تصادفی با طیف باند-باریک
2.1 تابع چگالی احتمال
2.1.1. فرآیندهای مقدار میانگین-صفر
2.2. توزیع های ماکسیمم مطلق و مینیمم مطلق
2.3. اثرات غیر-خطی ضعیف
3. کاربرد
3.1 جابجایی سطح آزاد در میدان غیر مختل
3.2 فشار موج نوسانی در میدان غیر مختل
 3.3 جابجایی سطح آزاد در مقابل دیواری عمودی
3.4 فشار موج نوسانی در مقابل دیوار عمودی
4. جمع بندی
ضمیمه
کلمات کلیدی
- مکانیک امواج دریا - فرآیند تصادفی غیر خطی - فرآیندباندباریک - تابع چگالی احتمال - احتمال وقوع حداکثر مطلق - احتمال وقوع حداقل مطلق -
ترجمه چکیده
برای بررسی ویژگی های فرایندهای تصادفی مرتبه-دوم با طیف باند-باریک در مکانیک امواج دریا، خانواده ای دو-پارامتری از فرآیندهای تصادفی غیر-خطی معرفی می شود. به طور خاص، عبارات تابع چگالی احتمال و احتمالات تجاوز از ماکسیمم مطلق و مینیمم مطلق برای این خانواده تصادفی به دست می آیند. نتایج تحلیلی برای برخی از فرآیندهای مورد توجه اساسی در مکانیک امواج دریا با ذکر جزئیات تشریح می شوند: جابجایی سطح آزاد، و فشار موج نوسانی در زیر سطح دریا.
ترجمه مقدمه
اثرات غیر-خطی بودن برای امواج تصادفی (تولید شده با باد) دریا اولین بار توسط Longuet-Higgins بررسی شدند [1]. او سه جمله اول سری Gram–Charlier را برای تابع چگالی احتمال جابجایی سطح آزاد بهنجار شده به دست آورد، که برای هر شکلی از طیف انرژی صحیح است. بعداTayfun [2] تابع چگالی احتمال و احتمال تجاوز از قله (ماکسیمم مطلق) را برای جابجایی سطح آزاد در میدان موج غیر مختل به دست آورد. سپس احتمال تجاوز از دره (مینیمم مطلق) توسط Tung و Huang به دست آمد [3]. کتاب اخیرBoccotti [4] نظریه خطی امواج تصادفی دریا و اثرات پهنای باند متناهی را عمیقا توسعه می دهد. مشابه با اثرات غیر-خطی بودن، تاکید شده است که احتمال تجاوز از مینیمم مطلق فشار موج نوسانی در زیر سطح دریا معمولا به میزان قابل توجهی بیشتر از احتمال تجاوز از ماکسیمم مطلق است، به خصوص اگر امواج در معرض بازتاب باشند. این نتایج بر اساس دو آزمایش میدانی کوچک-مقیاس اخیر هستند و چند پیامد مهم را در طراحی تونل های شناور غوطه ور و موج شکن های عمودی دارند. در این مقاله، رویکرد نظری جدیدی برای بررسی اثرات غیر-خطی بودن برای مکانیک امواج دریا پیشنهاد می شود. به طور خاص، خانواده ای دو-پارامتری از فرآیندهای تصادفی غیر-خطی معرفی می شود، که شامل فرآیندهای "جابجایی سطح آزاد" و"فشار موج نوسانی"، هم برای امواج در میدان غیر مختل (امواج پیش رونده) و هم برای امواج در حال بر هم کنش با ساختارها می باشد. برخی ویژگی های آماری این خانواده تصادفی استخراج می شوند. نخست، تابع مشخصه (با استفاده از تبدیل لاپلاس) و تابع چگالی احتمال (توسط تبدیل فوریه وارونِ تابع مشخصه) به دست می آیند. علاوه بر این، توزیع های ماکسیمم مطلق و مینیمم مطلق، هر دو به دست می آیند. همه این ویژگی ها به دو پارامتر α1 و α2 این خانواده بستگی دارند. در نهایت، برخی کاربردها در نظر گرفته می شوند: فرآیند "جابجایی سطح آزاد و فرآیند "فشار موج نوسانی"، هم برای امواج پیش رونده و هم برای امواج در مقابل دیواری عمودی. عبارات پارامترهای α1 و α2، که ما را قادر به پیش بینی سریع اثرات غیر-خطی بودن می کنند، برای فرآیندهای فوق به دست می آیند. این رویکرد جدید برای بیشتر فرآیندهای مرتبه-دوم در مکانیک امواج دریا معتبر است، به جز موارد خاص مربوط به برهم کنش امواج به شدت غیر-خطی با ساختارها (مانند فشار موج نوسانی در مقابل دیواری عمودی در نزدیکی بستر در آب های عمیق).
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله خانواده فرآیندهای تصادفی غیر- خطیِ باند- باریک برای مکانیک امواج دریا

چکیده انگلیسی

A bi-parametric family of non-linear stochastic processes is introduced, to investigate the properties of second-order random processes with a narrow-band spectrum in the mechanics of the sea waves. In particular, the expressions of the probability density function and of the probabilities of exceedance of the absolute maximum and absolute minimum are obtained for this stochastic family. The analytical results are particularized for some processes of basic interest in the mechanics of the sea waves: the free surface displacement, and the fluctuating wave pressure beneath the sea surface.

مقدمه انگلیسی

The effects of non-linearity for random (wind-generated) sea waves were firstly investigated by Longuet-Higgins [1]. He achieved the first three terms of the Gram–Charlier series for the probability density function of the normalized free surface displacement, which is correct for any shape of the energy spectrum. Later Tayfun [2] obtained the probability density function and the probability of exceedance of the crest (absolute maximum) for the free surface displacement in an undisturbed wave field. The probability of exceedance of the trough (absolute minimum) was then derived by Tung and Huang [3]. The recent book of Boccotti [4] deeply develops the linear theory of random sea waves, and the effects of finite bandwidth. As for the non-linearity effects, it is emphasized that the probability of exceedance of the absolute minimum of the fluctuating wave pressure beneath the sea surface usually is markedly greater than the probability of exceedance of the absolute maximum, especially if the waves are subject to reflection. These conclusions are based on two recent small-scale field experiments and have some important consequences in the design of submerged floating tunnels and vertical breakwaters. In this paper a new theoretical approach is proposed to investigate the effects of non-linearity for the mechanics of the sea waves. In particular a bi-parametric family of non-linear stochastic processes is introduced, which includes the processes ‘free surface displacement’ and ‘fluctuating wave pressure’, both for waves in an undisturbed field (progressive waves) and for waves interacting with structures. Some statistical properties of the stochastic family are derived. Firstly the characteristic function (by using the Laplace transform) and the probability density function (by inverse-Fourier transforming the characteristic function) are obtained Moreover both the distributions of the absolute maximum and of the absolute minimum are achieved. All these properties depend upon two parameters α 1 and α 2 of the family. Finally, some applications are considered: the process ‘free surface displacement’ and the process ‘fluctuating wave pressure’, both for progressive waves and for waves in front of a vertical wall. The expressions of the parameters α 1 and α 2 , which enable us to quickly predict the effects of non-linearity, are obtained for the above-mentioned processes. The new approach is valid for most of the second-order processes in the mechanics of the sea waves, except for special cases relating to the interaction of strongly non-linear waves with structures (as the fluctuating wave pressure in front of a vertical wall near the seabed on deep water)

نتیجه گیری انگلیسی

The properties of the family (1) of stochastic processes have been investigated. For this purpose the analytical expressions of the probability density function and of both the distributions of the absolute maximum and of the absolute minimum have been obtained. It is proven that all these properties depend upon two deterministic parameters named α 1 and α 2 . For zero mean processes we have α 1 =− α 2 , and the family has only one degree of freedom. We have shown that if both α 1 and α 2 approach zero, the non-linearity vanishes. As a consequence the probability density function tends to be Gaussian (according to the theory of wind-generated waves of Longuet-Higgins [1] and Phillips [6]) and both the probabilities of exceedance of the absolute maximum and of the absolute minimum tend to the Rayleigh distribution (according to Longuet-Higgins [7]). We have obtained also that for α 1 > 0 each realization of a process belonging to the family is a sequence of waves which have the crest amplitude (absolute maximum) greater than the trough amplitude (absolute minimum, in absolute value); for α 1 < 0 each wave has the trough amplitude greater than the crest amplitude. Finally, in the applications we have obtained the expressions of the parameters α 1 and α 2 for some sea wave processes, as functions of ε,ky and kd . In particular we have obtained that the surface waves have the crest greater than the trough, and furthermore, for a fixed kd , the effects of non-linearity at a vertical wall are greater than the non-linear effects in an undisturbed field. For the fluctuating wave pressure (at a point beneath the sea surface) α 1 is generally less than zero; in this case the trough of the fluctuating wave pressure are greater than the crest. Furthermore, as for the surface waves, the effects of non-linearity for the fluctuating wave pressure on a vertical wall are greater than in an undisturbed field. These theoretical conclusions agree well with the results of two small-scale field experiments by Boccotti [4], as we can see by comparing the data and the analytical predictions for the probabilities of exceedance of the wave crest P(ξ high >ξ) and of the wave trough P(ξ low >ξ) . Fig. 8 shows the comparison for both the free surface displacements (left panel) and the fluctuating wave pressure at a fixed depth beneath the sea surface (right panel), in an undisturbed field on deep water (we have re-examined the original source data of the small-scale field experiment described by Boccotti et al. [8]; see also Sections 10.9 and 10.10 of Boccotti [4]). Fig. 9 shows the comparison for the fluctuating wave pressure on a vertical wall (data by Boccotti [4]; see his Fig. 13.3

خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.